JP4135320B2 - ストリップワイパ装置，ストリップのワイピング方法，圧延設備及び圧延方法 - Google Patents

ストリップワイパ装置，ストリップのワイピング方法，圧延設備及び圧延方法 Download PDF

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Description

本発明は、ストリップワイパ，ストリップのワイピング方法，圧延設備及び圧延方法に関する。
圧延作業においては、圧延材（ストリップ）と圧延作業ロール間の摩擦力の低減、及び作業ロールの冷却の為に圧延機入側で圧延潤滑油が供給されている。特に、冷間圧延作業において、極小径作業ロールを有する２０段センジミアミルや小径作業ロールを有する６段圧延機では、作業ロールの冷却能力をあげる為、更に、圧延機出側でも潤滑油を供給している。
更には、シャドウマスク材等を圧延する圧延機では、圧延工程の最終パスで、圧延材表面を粗くする為、ダルロールを用いたダル圧延が行われる。このようなダル圧延では、圧延材表面にダル粉（ダルロール表面からの脱落粉）が付着するので、圧延機出側で圧延潤滑油を供給して、このダル粉を洗い流して除去している。
この様に、圧延機では、潤滑油を供給するために、圧延後のストリップ表面に潤滑油が多量に付着してしまう。圧延機入側や特に出側で供給された圧延潤滑油がストリップ表面に多量に付着した状態で、コイル状に巻かれると、コイル層間に付着した圧延潤滑油によりコイルが相互に横方向にずれ、いわゆるテレスコ状態を発生する。このテレスコが発生すると板の蛇行，形状不良等が発生し安定した圧延操業は続けられない。
又、圧延機出側でストリップに張力を付加するプライドルロールがある場合は、プライドルロールとストリップ間の摩擦係数がこの圧延潤滑油により激減し、所定の圧延張力が得られず、前記と同様に安定した操業は不可能である。
このストリップ表面に付着する圧延潤滑油を除去する装置がストリップワイパ（水切り装置）であり、チューブ式ワイパ，ローラワイパ，エアージェットによるワイパ等がある。
通常、チューブワイパは強力なワイピング能力（水切り能力）があるが、ゴミ等の異物が侵入しチューブの寿命が短かくなる。特に、高速ではこれが著しい。
又、ダル圧延の場合、ダル粉がチューブ間に詰まり圧延材の表面品質を損ねる等の課題があった。
これに替わるものとして、特公平２−６０４０３号に開示されているローラワイパがある。これは千鳥に配置した分割バックアップローラを個別にバネで押圧し、ストリップへの押付力を板幅方向に均一にし、ワイピング能力を向上させようとするものである。しかしながら、この方式では押圧力が強い場合に、板幅外のバックアップローラの支持力によりワイパロールが曲げられ板幅端部が過圧下され、端伸び形状不良が発生してしまうという課題があった。この為、押付力が制限され、水切り能力は低いものであった。又、高速運転時には、ワイパロールは非駆動回転である為、ロール表面の圧延潤滑油がロールとストリップ間に油膜を作り、所謂、ハイドロプレーン現象が発生し、ワイパロールが回転不可能となる。その結果水切り不良、あるいはロールの回転停止により、ストリップ表面傷付が生ずるという課題もあった。又、このローラワイパはバックアップローラの数が多いこと、及びその軸受シール抵抗が比較的大きく、上記の回転不良が発生し易かった。
これらの課題を克服するものとして、日本国特許第２５２３７２５号に開示されているエアー軸受によりワイパロールを全面支持するローラワイパが提案された。これはエアー軸受による均一な全面支持により、小径ロールの使用が可能となり、優れたワイピングを可能とせんとするものである。又、エアー軸受式ローラワイパはローラが高圧のエアーで浮上保持されている為、回転抵抗が非常に小さく、７００ｍ／minを超える高速でも回転が停止することはなく、高速圧延に好適なものである。
特許第２５２３７２５号公報
しかしながら、エアー軸受は本来、エアー供給元圧力は通常５kgf／cm2以下であり、１００kgf／cm2の高い圧力が使える油圧式の静圧軸受と比較して負荷能力が低い為、水切り能力が低いとして実用化されてはいなかった。特に、１ポケット式のエアー軸受は水平方向の剛性が低く、少しの水平力によってローラと軸受が接触し、正常な運転が出来なくなるという課題があった。特に、高速回転では、ローラの回転速度が軸受内のエアーの流れに影響を与え、軸受内のエアー流れが非対称となり、水平剛性が更に弱まり、ローラと軸受が接触してしまうという課題も残った。
以上のように、このエアー軸受の負荷能力を高め、更に、板幅端部の過圧下を防止し、ローラワイパの能力を最大限に発揮させ、これにより従来のチューブワイパよりワイピング能力に優れ、且つ高速性のあるローラワイパを提供することが望ましい。
本発明の目的は、ストリップ表面の液体を除去するワイピング能力が優れたストリップワイパ装置，ストリップのワイピング方法，圧延設備及び圧延方法を提供することにある。
本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置において、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを設け、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とする。
或いは、本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置において、第一のストリップワイパと第二のストリップワイパとをストリップ進行方向で上流側から順次配置し、該第二のストリップワイパは、ワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とする。
或いは、本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去する冷間用のストリップワイパ装置において、粗切り用の第一のストリップワイパと仕上用の第二のストリップワイパとをストリップ進行方向で上流側から順次配置し、前記第二のストリップワイパは、ワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を空気圧で支持する流体軸受とを備え、該流体軸受の空気圧を該ワイパロールの胴長部に与える流体流路を該ワイパロールのロール円周方向で少なくとも２つ設け、２つの該流体流路からの２方向の空気圧で該ワイパロールの胴長部を支持することを特徴とする。
或いは、本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するためのストリップワイパ装置において、第一のストリップワイパと第二のストリップワイパとをストリップ進行方向で上流側から順次配置し、該第一のストリップワイパ及び該第二のストリップワイパの各々は、ワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とする。
或いは、本発明のストリップのワイピング方法は、ストリップ表面の液体を除去するストリップのワイピング方法において、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を流体で軸受けし、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の液体を除去することを特徴とする。
或いは、本発明のストリップのワイピング方法は、ストリップ表面の液体を除去するストリップのワイピング方法において、粗切り用ワイパロールによってストリップ表面の液体を除去し、その後流側で、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を流体で軸受けし、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の液体を除去することを特徴とする。
或いは、本発明の圧延設備は、圧延機と、該圧延機の出側でストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置とを備えた圧延設備において、前記ストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを設け、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とする。
或いは、本発明の圧延方法は、圧延機と、該圧延機の出側でストリップ表面の液体を除去するためのストリップワイパ装置とを備えた圧延設備の圧延方法において、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を流体で軸受けし、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の液体を除去しながら圧延することを特徴とする。
或いは、本発明の圧延方法は、圧延機と、該圧延機の出側でストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置とを備えた圧延設備の圧延方法において、粗切り用ワイパロールによってストリップ表面の液体の大部分を除去し、その後流側で、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を２方向からの空気圧で支持し、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の前記粗切り用ワイパロールで除去しきれなかった残りの液体を除去しながら圧延することを特徴とする。
或いは、本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該ワイパロールに対して噴出する該流体軸受の噴出口をロール円周方向で少なくとも２つ設けたものである。
或いは、本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該ワイパロールに対して噴出する該流体軸受の流体噴出口を、該ワイパロール軸心より入側及び出側に夫々少なくとも１つ設けたものである。
或いは、本発明のストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該ワイパロールに対して噴出する該流体軸受の噴出口をロール円周方向で少なくとも２つ設け、その噴出方向が該ワイパロール軸心に向かう方向になるように前記噴出口を配置したものである。
本発明によると、ストリップ表面の液体を除去するワイピング能力が優れたストリップワイパ装置，ストリップのワイピング方法，圧延設備及び圧延方法を提供することができるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
圧延潤滑油を圧延材（ストリップ）表面から除去する水切り能力を最大限にアップするには、その水切り能力を決定するパラメータを最適に選定する必要がある。
図６に、ローラを用いてストリップ１の表面の圧延潤滑油１０を除去する際の部分拡大断面図を示す。図６に示すローラワイパで水切り後の残留油膜厚みは式（１）で表される。
ｈ２＝Ｋ・（Ｒ・ν・Ｖ）／Ｐ …（１）
ここで、残留油膜厚み：ｈ２（μｍ），比例定数：Ｋ（＝６.１×１０-6），ワイパロール半径：Ｒ（mm），潤滑油粘度：ν（Ｃｓｔ），速度：Ｖ（ｍ／min），ワイパロール押付力：Ｐ（kgf／mm）である。
この（１）式からわかるように、水切り能力をアップするには、半径Ｒの小さいロールを使用して、押付力Ｐを大きくすればよいことになる。又、潤滑油粘度νを低くすることが有効であることがわかる。
一方、本発明の実施の形態では、図４に示すようなエアー軸受でこの押付力を保持する。この押付力Ｐは、次の式（２）で表される。
Ｐ＝Ｃ・Ｒ・ｐｓ …（２）
ここで、図４（１）の１ポケット式の場合、比例定数Ｃ＝０.２５，図４（２）の２ポケット式の場合、比例定数Ｃ＝０.３８である。また、供給エアー圧力：ｐｓ（kgf／mm2）である。
２ポケット式は、１ポケット式に比較して、負荷容量が１.５（＝０.３８／０.２５）倍大きい。又、２ポケット式は水平方向（圧延方向）の剛性が垂直方向とほぼ同等に高く、水平力を受けるワイパロールと静圧軸受の接触が生じにくく好都合である。つまり、流体軸受の流体流路や流体噴出部を２つ設ける２ポケット式流体軸受にすることにより、圧延材進行方向の剛性が優れているので、安定して支持することが出来、優れたワイピング性能を得ることが出来る。また、押付力を大きくすることが出来、水切り能力を向上することが出来、精度良く水切りすることが出来る。
なお、図４に示すように、本実施例ではエアー供給穴２３ａのエアー噴出付近に、空気室２３ｂを設けている。空気室２３ｂを設けることにより、より安定したロール支持が可能となる。また、空気室２３ｂを図４のようにロール円周方向に延在するように設けることにより、ロール半径方向でのロール支持を更に安定にすることが出来る。
また、２ポケットの中央に、更に１ポケットを追加した３ポケット方式や４以上のポケットを有する方式では、垂直負荷容量，水平剛性、共に２ポケットと余り差が無いものと思われる。但し、３ポケット以上の方式では、使用するエアーの消費量が多くなってしまう。つまり、垂直負荷容量と水平剛性に加えて、エアーの消費量を考慮すると、２ポケットが好ましい。ここで、２ポケット式とは、その１つのロールに対して支持する流体流路がロール円周方向で２つ有するものであり、ロール軸心を境にそれぞれ入側及び出側に設けることが望ましい。また、その流体の噴出口（供給穴）は、ロール円周方向で２つ有するものが望ましく、ロール円周方向で２つの噴出口をロール軸心を境にそれぞれ入側及び出側に設けることが望ましい。また、その流体の噴出方向は（ロールに対する供給方向）は、ロール軸中心に向かう方向とすることが望ましく、ロール支持の安定化が図れる。なお、ロール軸を含む垂直面より上流側及び下流側に少なくとも１つ毎の噴出口を設けることが望ましい。
そして、（１）式及び（２）式より、残留油膜厚みｈ２は、次の（３）式で表される。
ｈ２＝Ｋ・（ν・Ｖ）／（Ｃ・ｐｓ） …（３）
この（３）式より、水切り能力をアップするには、供給エアー圧力ｐｓを上げることが有効であることがわかる。また、エアー軸受の形式を２ポケット式として比例定数Ｃを大きくすることが有効であることがわかる。又、ワイパロール半径Ｒは残留油膜厚みｈ２には無関係となるが、板クラウンへの追従性はロール半径Ｒが小さい方がよいので、ロール半径Ｒは小さい方が望ましい。
ここで、実操業に必要なエアー圧力を概算してみる。現在、シャドウマスク材圧延で要求されている水切り能力は、次の通りである。速度Ｖ５００ｍ／min，潤滑油粘度ν５Ｃｓｔ（速度Ｖ２５０ｍ／min，潤滑油粘度ν１０Ｃｓｔと同等）の場合、要求される残留油膜厚みｈ２ ０.７μｍ（６３０mg／ｍ2相当）である。そして、（３）式より、必要なエアー圧力を計算すると、ｐｓ＝Ｋ・（ν・Ｖ）／（ｈ２・Ｃ）＝６.１×１０-6×（５×５００）／（０.３８×０.７）＝０.００５３（kgf／mm2）＝５.７３（kgf／cm2）となる。
これより、エアー圧力は６kgf／cm2近く、最低でも５kgf／cm2以上が望ましいことになる（５／５.７３＝０.８７であり、上記の操業値の８７％の水切り能力ではあるが、通常この程度の差は許容される。）。
次に、このロール半径の適正な値につき説明する。このロール径を決定する要因の１つとして、板クラウンへの追従性が考えられる。本実施例では、この板クラウンへの追従性に着目した。図１０に示すように、圧延材１には板幅方向に２次式の板厚変化が生じる。静圧軸受（２ポケット）９と仕上げワイパロール８との間では、エアーバネ１２が作用し、静圧軸受（２ポケット）９が仕上げワイパロール８を支持しているが、仕上げワイパロール８が撓んでしまい、圧延材１の端部の板厚が減少してしまう。即ち、ボディクラウンと板幅端部で急激に板厚が減少するエッジドロップが生じる。
このように生じるエッジドロップ現象に対しての対応は困難であるが、緩やかな板厚変動であるボディクラウンにはロールワイパは対応出来ることが望ましい。
エアー軸受では、ローラはエアー圧力により浮上しており、ローラ押付力が増えると、この浮上量が減少する。即ち、荷重に対応して浮上量（撓み）が変わるというバネ特性を持っている。このエアー圧力のバネ効果は、ワイパでは大変重要である。
油膜軸受の如く、このバネ定数が大きいとローラは撓むことが出来ず、従って、板クラウンへの追従が出来なくなる。逆に、バネ定数が弱すぎると、負荷容量が小さくなり過ぎ、板クラウンに追従する以前に、ローラと軸受が接触してしまうことになる。エアー軸受での望ましい浮上量は、ローラ直径の約１／１０００であり、例えば、ローラ径が３０mmでは、望ましい浮上量は３０μｍである。
この浮上量の範囲内で、板クラウンに追従する程度のバネ定数が望ましい。計算、及び実験により、エアー軸受のバネ特性は望ましい範囲にあることを確認した。
図１０に、板クラウンを有する圧延材の水切り状態の説明図を示す。前述したエアー軸受式ローラワイパの板クラウンへの追従性について以下に説明する。
図１０に示すように、板厚の小さい板幅端部で、仕上げワイパロール８は背後のエアー軸受である静圧軸受９のエアーバネ１２により曲線８ａのように撓む。そして、撓んだ仕上げワイパロール８が圧延材１の端部と接触する。但し、この部分の押付力は中央部よりは低くなる。従って、その荷重の減少分だけ残留油膜厚みｈ２が増えることになる。
次に、図１１にエアー軸受式ローラワイパにおける板のボディクラウンへの追従性の関係図を示す。ここで、ボディクラウンと同じ２次曲線でローラが撓むものとして計算し、ロール径（mm）とロール撓み（μｍ）との関係を示している。この計算では板幅を１０００mmとし、板幅端部での残留油膜厚みが中央部より２０％多くなることを許容するとして計算している。即ち、押付力が２０％減るとして、いくらの板クラウンに対応が可能かを計算したものである。計算値は１本のロールの撓みであるので、対応する板クラウンは、図１１の値の２倍になる。
図１１によると、ロール径が５０mm程度までは、ロール撓みは１５.８５μｍ〜１４.８５μｍであり、緩やかに減少はしているがほぼ同様である。そして、ロール径が５０mmを超えると急激にロール撓みが減少し、ロール径が１５０mm程度であるとその撓み量は０.５８μｍと非常に少ない。つまり、ロール径が５０mmを超えると急激にロール撓みが減少し、板クラウンに対応する能力が減少することがわかる。尚、ローラ径が６０mmでも若干、板クラウンへの対応能力が減少するが、使用出来る範囲である。
上記の検討は、エアー軸受の負荷範囲を板幅と同じとしたものであるが、例えば、本発明をレバース圧延設備に適用する場合は、最初の方のパスでは板厚が大きく、必然的に板クラウンが大きい。この場合、最終パスではないので、若干の水切り能力の低下が許容される為、エアー軸受の負荷範囲を板幅より小さくすることで、ローラの撓みを増し、大きな板クラウンに追従させることが出来る。
ワイパロール径を決めるもう１つの要因に加減速時におけるワイパロールのスリップが考えられ、本実施例ではこの要因に着目した。ロールがスリップ、即ち、ロール速度が圧延材の速度より低下すれば、潤滑油に含まれるゴミ，異物により圧延材に傷付きが発生する。又、ロールが圧延材と直接接触する部分でスリ傷等が発生し、圧延材の表面品質を損ねることになる。
ロールの表面の摩擦係数ｆは潤滑油の粘度νと比例関係にあり、次式（４）で表される。（本関係は計算シミュレーションで確認したものである。）ここで、ν：潤滑油粘度（Ｃｓｔ）である。
ｆ＝７・１０-4・ν …（４）
例えば、粘度１０Ｃｓｔで摩擦係数は０.００７となる。この摩擦係数を使って、加減速時のスリップ発生限界のロール半径Ｒｌｔは次式（５）で表される。
Ｒｌｔ＝｛１２０・ｆ・Ｐ・ｇ／（π・γ・α）｝０.５ …（５）
ここで、ｇ：重力の加速度（９.８ｍ／sec2），γ：ロールの比重量（ｋｇｆ／mm3），α：加減速度（ｍ／min／sec）である。
この式（５）を使って、通常の操業条件である、加減速度α６０ｍ／min／sec，押付力Ｐ０.１kgf／mm（◆印），０.３kgf／mm（■印），０.５kgf／mm（△印），１.０kgf／mm（×印）で、限界ロール半径につき計算した結果を図１２に示す。図１２は加減速時の限界ロール半径を示しており、粘度（Ｃｓｔ）とロール半径（mm）の関係を示すものである。これより、例えば、潤滑油粘度が５〜１０Ｃｓｔで、押付力Ｐ０.５kgf／mm（△印）では、ロール半径を３７.３mm（直径で７４.６mm）以下に抑えることが必要であることがわかる。
以上のような２つの要因を考慮すると、ロール径は、ほぼ６０mm以下で極力小さい方が望ましいことがわかる。
又、小径側の限界は、小径になるにつれロール回転数の増大，静圧軸受の加工精度のアップ等より、実用上φ２０mm程度が限界と考えられる。つまり、小径側の限界は、ロール回転数の増大，静圧軸受の加工精度のアップ等を考慮すると、φ２０mm程度と考えられる。
上述したように、供給エアー圧を上げることは押付力が増し、この押付力が上がる程、ワイピング効果が上がり好都合である。次に、これを阻害する要因について説明する。
ここで、ワイパロールに掛かる荷重とワイパロールの撓みの関係を図５に示す。板幅ｂは操業条件により種々に変化するため、通常の運転では図５（１）に示すように、板幅より外部でワイパロールは静圧軸受９から曲げ力を受けて曲線８ａのように大きく撓み、これにより、圧延板１はその端部近辺で中央部より強く圧下され、所謂、端伸び形状不良を発生する。
この形状不良はロール径が小さい程、大きくなる。これを防止するには、図５（２）に示すように、板幅方向で板幅ｂより外側の領域で静圧軸受９のエアーの供給を断てば、その領域でのエアーバネ１２が発生せずに、図５（２）の８ｂのように、ワイパロールには曲げ力が発生しないようになる。従って板形状を損ねることがない。その結果、押付力を大きくすることが可能となる。板幅方向でエアーの供給領域を調整することにより、ロール撓みを調整することが出来る。
板幅に細かく対応することを可能とするには、ロール軸方向（圧延材１０幅方向）でのエアー供給穴２３ａの間隔であるピッチｃを小さくすることが必要である。但し、エアー軸受ではロールと軸受面のエアー圧による振動（ニューマッチックハンマ）を避ける為、エアーポケットを小さくする必要があり、その為、このピッチｃは１０mm程度と小さくなり、上記の如く、ほぼ板幅に対応しての調整が可能となる。
実験によれば、φ２５mmのロールワイパ径，エアー供給圧６.５kgf／cm2で、板幅端部の過圧下が発生せず、良好なワイピング結果が得られた。
以上の結果、本発明のエアー軸受式ロールワイパは高速、および低速運転でも、従来のチューブワイパと同等以上の水切り能力を有することが確認できた。
次に、粗切りロールの水切り効果について、図２により説明する。圧延材表面には圧延機出側で多量の圧延潤滑油が付着しており、これを粗切りロール６で粗く切り、次いで、エアー軸受式の仕上げワイパロール８で仕上げの水切りをする。
従って、粗切りロール６は通常の２段のピンチロールタイプのワイパ構造で十分である。
粗切り後の残留油膜厚み、即ち、これが仕上げのエアー軸受式ロールワイパ入側の油膜厚みｈ１となる。この油膜厚みｈ１に対して、所望の押付力Ｐを粗切りロール６によって加える。
図８に、最終の残留油膜厚みｈ２を得る為に必要な押付力Ｐを計算した結果を示す。この図８は、出側油膜厚み０.５μｍ，ワイパロール径φ２５mm，粘度１０Ｃｓｔ，圧延材進行速度３００ｍ／minとして、入側油膜厚み（μｍ）と必要押付力（kgf／mm）との関係を示すものである。
これより、粗切り後の油膜厚みｈ１が小さい程、押付力は小さくてよいことになる。即ち、ｈ１が１０００μｍと１０μｍで、最終油膜厚み０.５μｍを得るに必要な押付力は約１５（←０.４６／０.４＝１.１５）％小さくてよいことになる。即ち、残留油膜厚みｈ２は押付力Ｐに反比例するので、同じ押付力であれば、残留油膜厚みは約１５％少なくなる。
粗切り後の油膜厚みが１００μｍ以上では、その粗切り効果が殆どないので、良好な水切りを要しない場合は必ずしも、粗切りロールを設ける必要はない。しかし、ストリップワイパには圧延機出側で付着した圧延潤滑油が大量に供給され、段々に蓄積される為、良好な水切りが必要な場合は設けることが必須となる。
又、入側油膜厚みが薄ければ薄い程、残留油膜厚みが少なくなる（残留油膜厚みを得るに必要な押付力が激減するので、後段のワイパ押付力を前段と同じとすれば、残留油膜厚みを激減することができる）ので、仕上げワイパロールを複列に置くと優れた水切り効果が得られる。
エアー軸受のエアー供給穴は、軸受のエアーバネとしての剛性を高める為、図４に示す如く、小さい径ｄで絞られており（オリフィス絞り）、その径ｄはφ０.５〜０.７mmと小さく、ゴミ，異物等が詰まり易い。又、エアー中への水分の混入は板表面への水の付着となり、後のプロセスでの錆の発生，表面品質不良となるので好ましくない。従って、エアー軸受へ供給するエアーは細かいフィルタを通った水分を殆ど含まないドライエアーとする事が望ましい。更に、そのように考慮していても、長時間の運転ではこの供給穴での目詰まりの発生は避けられない。
そこでオンラインでのエアー供給穴（オリフィス部）の洗浄装置が必要である。この洗浄はエアーのような質量の小さい気体では、洗浄効果が不十分であり、密度の大きい圧延潤滑油と同じ液体での洗浄が効果的である（この洗浄に使う油が圧延潤滑油と同じであれば、圧延機下部でこれらが混合しても問題はない）。
（実施例）
以下、図面により本発明の実施例につき説明する。図１に本発明の一実施例であるエアー軸受式ローラワイパを組み込んだ６段冷間圧延設備の実施例を示す。
図１の圧延設備は、圧延材１を巻き出す巻出機２と、圧延材１を圧延する６段冷間圧延機３と、圧延材１（ストリップ）の表面の潤滑油等の液体を除去するためのストリップワイパ装置４と、圧延された圧延材１を巻き取る巻取機５とを備えている。
６段冷間圧延機３は、上下一対の作業ロール３０と、その作業ロール３０を支持する上下一対の中間ロール３１と、その中間ロールを支持する上下一対の補強ロール３２とを備えている。また、圧延潤滑油１０を作業ロール３０と圧延材１との間に供給する圧延潤滑油供給手段を設けている。この圧延潤滑油供給手段は、本実施例では、６段冷間圧延機３の入側及び出側に設けている。つまり、６段冷間圧延機３の入側に入側潤滑油ヘッダ２１を設け、６段冷間圧延機３の出側に出側潤滑油ヘッダ２２を設け、夫々単独で潤滑油の供給が可能なように設置されている。
巻出機２から巻き出された圧延材１は、６段冷間圧延機３を通過しながら圧延される。ここで、６段冷間圧延機３の入側潤滑油ヘッダ２１から圧延潤滑油１０が供給される。或いは、６段冷間圧延機３の入側潤滑油ヘッダ２１及び出側潤滑油ヘッダ２２の両方から圧延潤滑油１０が供給される。その後、圧延された圧延材１は、６段冷間圧廷機３の出側に設置したストリップワイパ装置４に到達する。ここで、圧延材１の表面に付着した圧延潤滑油１０を除去し、巻取機５によって圧延材１を巻き取る。
ストリップワイパ装置４は、本実施例では、２組設けている。ストリップワイパ装置４の入側に第一のストリップワイパを設け、出側に第二のストリップワイパを備えている。入側の第一のストリップワイパによって、圧延材１の表面に付着した圧延潤滑油１０の多くを除去することができる。そして、ある程度少なくなった圧延材１の表面に付着した圧延潤滑油１０を出側の第二のストリップワイパによって除去することで、圧延材１の表面に付着する圧延潤滑油１０を更に少なくすることができる。
ストリップワイパ装置４の入側に設ける第一のストリップワイパとして、本実施例では、粗切りロール６をストリップの上下に一対設けている。また、ストリップワイパ装置４の出側に設ける第一のストリップワイパとして、本実施例では、仕上げワイパロール８をストリップの上下に一対設けている。
図２に、ストリップワイパ装置４の構成を示す。圧延材１は速度ｖでストリップワイパ装置４内を進行する。この圧延材１の表面に付着した圧延潤滑油１０は、まず第一のストリップワイパである上下一対の粗切りロール６をストリップに押し付けることによって、ストリップは粗めにワイピングされる。つまり、粗切りロール６に圧延材１が通過する前に、圧延材１の表面に付着する圧延潤滑油１０の片側厚み（油膜厚み）はｈ０である。そして、粗切りロール６によって圧延材１表面の圧延潤滑油１０の多くが除去され、その圧延潤滑油１０の片側厚み（油膜厚み）はｈ１となる。即ち、油膜厚みをｈ０からｈ１に減少することができる。
次に、圧延材１の表面に付着し、油膜厚みがｈ１である圧延潤滑油１０は、第二のストリップワイパである上下一対の仕上げワイパロール８をストリップに押し付けることによって、仕上げワイピングされる。つまり、仕上げワイパロール８に圧延材１が通過する前に、圧延材１の表面に付着する圧延潤滑油１０の片側厚み（油膜厚み）はｈ１である。そして、仕上げワイパロール８によって圧延材１表面に残存する圧延潤滑油１０が効率良く除去され、その圧延潤滑油１０の片側厚み（油膜厚み）はｈ２となる。即ち、油膜厚みをｈ１からｈ２に減少することができる。なお、この仕上げワイパロール８は、２ポケット式のエアー静圧軸受９に支持されており、残留油膜を少なくすることができる。
このように、粗切りロール６というワイピング手段と仕上げワイパロール８というワイピング手段とを入側から順次配置しているので、粗切りロール６によって大まかに油膜を除去し、仕上げワイパロール８によって適切に油膜を除去することが出来る。更に、仕上げワイパロール８を流体軸受支持することで精度良く油膜を除去することで、優れたワイピング能力を得ることが出来る。
図３は、仕上げワイパロールの軸方向断面図を示すものである。圧延材１を挟むように仕上げワイパロール８が配置される。仕上げワイパロール８が軸方向にずれないようにスラスト受部２５が設けられる。仕上げワイパロール８を静圧支持するための間隙２３ｄを有して静圧軸受９が配置され、静圧軸受９のロール側に第一のエアー供給穴２３ａが設けられる。この第一のエアー供給穴２３ａにエアーが供給されて間隙２３ｄを介して仕上げワイパロール８が回転可能に静圧支持される。この第一のエアー供給穴２３ａは、ほぼロール半径方向で、ロール軸心に向かうように形成され、ロール円周方向で２つ、ロール軸方向で複数形成されている。
本実施例では、第一のエアー供給穴２３ａにエアーを供給する前に一旦、エアー分配穴２３にエアーを供給している。このエアー分配穴２３はロール軸方向に貫通した一つの空気部屋を形成している。つまり、エアーは、エアー分配穴２３から複数のエアー供給穴２３ａを通って間隙２３ｄに送り込まれる。
そして、エアー分配穴２３には、ロール軸方向で両側に調整棒１３が設けられている。この調整棒１３は、エアー分配穴２３内をロール軸方向に移動し、ロール軸方向（圧延材幅方向）におけるエアー供給領域の調整を行うことが出来る。
この調整棒１３をロール軸方向に移動する機構として、本実施例では油圧シリンダー２４をそれぞれ設けている。
前述したエアー分配穴２３には、外部から第二のエアー供給穴２３ｃを通って空気が供給される。この第二のエアー供給穴２３ｃは静圧軸受外側で、ほぼロール半径方向に設けられている。また、第二のエアー供給穴２３ｃはロール軸方向で複数設けられている。本実施例では、第一のエアー供給穴２３ａの大きさより、第二のエアー供給穴２３ｃの大きさを小さくし、エアーの供給を容易にしている。また、第一のエアー供給穴２３ａの配列間隔より、第二のエアー供給穴２３ｃの配列間隔を大きくし、エアーの供給を容易にしている。ロール側の第一のエアー供給穴２３ａは小さく、その配列間隔を小さくすることが望ましい。ロール側の第一のエアー供給穴２３ａを小さくすることによりロール支持の安定化が図れ、その配列間隔を小さくすることによりエアー領域の微調整を可能とする。
以上のように、静圧軸受９の背面から複数個所のエアー供給穴２３ｃを通って、高圧のエアーが供給されている。このエアーは中間のエアー分配穴２３から、更に、小さいピッチｃで設けられたオリフィス（直径ｄ）を通って仕上げワイパロール８に供給され、浮上力を発生する。この浮上力がワイパの押付力Ｐとなる。
このエアー分配穴２３には軸方向の両側に幅方向に可変の調整棒１３が設けられており、オリフィスへのエアーの供給幅が調整できるようになっている。これにより、ワイパロールの静圧軸受のエアーの浮上力の掛かる範囲を、板幅ｂに対応して調整することができる。
仕上げワイパロール８の浮上力の掛かる範囲を調整することは、図５に示すように、仕上げワイパロール８がエアーバネで保持されているその幅を変えることに相当する。図５（１）は上記の幅方向の調整を行わず、仕上げワイパロール８を全幅で浮上支持するものでは、仕上げワイパロール８は幅方向に撓みが一様ではなく、板幅端部で押付力が大となり、その分、圧延材は過圧下され、端伸び形状不良が発生する。この結果、ワイパ押付力を上げられないことになる。一方、図５（２）の如く、エアー浮上力の範囲をほぼ板幅ｂに一致させれば、仕上げワイパロール８の撓みは軸方向に均一となり、板幅端部の過圧下は生ぜず、ワイパ押付力Ｐを大幅にアップでき、その結果、ワイピング効果が大幅に向上する。
また、図３に静圧軸受９のオリフィス（第一のエアー供給穴２３ａ）の目詰まり防止の為の洗浄装置を示す。ある所定の期間の運転中には、エアー供給装置１１から切換弁１５を経由して第二の供給穴２３ｃにエアーが供給される。そして、ある所定の期間の運転後に、例えば、切換弁１５によって、エアー供給装置１１からのエアーの供給を停止し、洗浄油供給装置１４から洗浄油の供給を行うようにすることにより、洗浄油が第二のエアー供給穴２３ｃ及びエアー分配穴２３を経由して、第一のエアー供給穴２３ａに送り込まれ、オリフィス（第一のエアー供給穴２３ａ）に詰まったゴミ，異物等を取り除くことができる。洗浄油の供給圧をエアーの静圧軸受の耐負荷能力に応じて調整できるように、減圧弁１６が設けられている。なお、運転再開の際には、切換弁１５によって、洗浄油供給装置１４から洗浄油の供給を停止し、エアー供給装置１１からのエアーの供給を行うようにすることにより、エアーが第二のエアー供給穴２３ｃ及びエアー分配穴２３を経由して、第一のエアー供給穴２３ａに送り込まれ、ロール支持が可能となる。
図９は、本発明の他の実施例で、図１の６段冷間圧延機の代わりに、２０段センジミア冷間圧延機としたものである。同様に、本発明は２０段以外の多段クラスタ圧延機にも適用できることは明らかである。
図１０は圧延材に存在する板クラウンにより、仕上げワイパロール８が撓む状態を説明した図である。板クラウンに追従して、仕上げワイパロール８が撓む為には、ワイパロールの曲げ剛性が小さいことが必要であり、小径のワイパロールが有利であることが解る。但し、図１１の計算結果にはエアー軸受のバネ定数も影響しており、ローラの曲げ剛性との総合的な効果で、φ５０mm以下のロール径では、あまり板クラウンへの追従性に優位差はない。
図７はワイピング効果を上げる為に、エアー軸受式のローラワイパを復列に配置した実施例であり、このように配置することにより、更に、優れた水切り効果が得られるものである。
本発明のワイピング装置は、従来のローラワイパ，チューブワイパで不可能であった７００ｍ／min以上の高速圧延で、その水切り能力が低速時におけるチューブワイパと同等以上のものが得られ、冷間圧延設備の生産性向上，圧延材の表面品質向上に大きく貢献するものであり、その効果は非常に大きいものがある。
本発明のエアー軸受式のローラワイパを組み込んだ６段冷間圧延設備の一実施例である。 本発明の粗切りローラと仕上げのエアー軸受式ローラワイパを組み合わせた水切り装置である。 図２の仕上げワイパの軸方向断面図である。 エアー軸受の構造を示す図である。 エアー軸受式ローラワイパの荷重とロールの撓みの状態を示す図である。 ローラワイパによる水切り状態の説明図である。 エアー軸受式ローラワイパを復列に配置した本発明の他の実施例である。 粗切りロールの効果の説明図である。 エアー軸受式のローラワイパを組み込んだ２０段センジミア冷間圧延設備の本発明の他の実施例である。 板クラウンを有する圧延材の水切り状態の説明図である。 エアー軸受式ローラワイパの板クラウンへの追従性の計算結果である。 加減速時のエアー軸受式ロールワイパのスリップ発生限界のロール半径の計算値である。

Claims (20)

  1. ストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置において、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを設け、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とするストリップワイパ装置。
  2. ストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置において、第一のストリップワイパと第二のストリップワイパとをストリップ進行方向で上流側から順次配置し、該第二のストリップワイパは、ワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とするストリップワイパ装置。
  3. ストリップ表面の液体を除去する冷間用のストリップワイパ装置において、粗切り用の第一のストリップワイパと仕上用の第二のストリップワイパとをストリップ進行方向で上流側から順次配置し、
    前記第二のストリップワイパは、ワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を空気圧で支持する流体軸受とを備え、該流体軸受の空気圧を該ワイパロールの胴長部に与える流体流路を該ワイパロールのロール円周方向で少なくとも２つ設け、２つの該流体流路からの２方向の空気圧で該ワイパロールの胴長部を支持することを特徴とするストリップワイパ装置。
  4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載のストリップワイパ装置において、前記流体軸受のストリップ幅方向での荷重負荷幅を調整可能とする調整手段を設けたことを特徴とするストリップワイパ装置。
  5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載のストリップワイパ装置において、前記第二のストリップワイパのワイパロールの直径を２０〜６０mmの範囲とすることを特徴とするストリップワイパ装置。
  6. 請求項１〜請求項５の何れかに記載のストリップワイパ装置において、前記流体軸受のエアー供給圧力を５kgf／cm2以上とすることを特徴とするストリップワイパ装置。
  7. 請求項１〜請求項６の何れかに記載のストリップワイパ装置において、前記流体軸受の流体流路に洗浄用の油を供給する供給装置を設けることを特徴とするストリップワイパ装置。
  8. 請求項１〜請求項７の何れかに記載のストリップワイパ装置において、前記流体軸受で支持される該ワイパロールはストリップの上側及び下側に夫々配置されることを特徴とするストリップワイパ装置。
  9. ストリップ表面の液体を除去するためのストリップワイパ装置において、第一のストリップワイパと第二のストリップワイパとをストリップ進行方向で上流側から順次配置し、該第一のストリップワイパ及び該第二のストリップワイパの各々は、ワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とするストリップワイパ装置。
  10. ストリップ表面の液体を除去するストリップのワイピング方法において、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を流体で軸受けし、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の液体を除去することを特徴とするストリップのワイピング方法。
  11. ストリップ表面の液体を除去するストリップのワイピング方法において、粗切り用ワイパロールによってストリップ表面の液体を除去し、その後流側で、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を流体で軸受けし、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の液体を除去することを特徴とするストリップのワイピング方法。
  12. 請求項１０又は請求項１１に記載のストリップのワイピング方法において、前記流体軸受のストリップ幅方向での荷重負荷幅を圧延条件に応じて調整することを特徴とするストリップのワイピング方法。
  13. 請求項１２に記載のストリップのワイピング方法において、前記流体軸受のストリップ幅方向での荷重負荷幅をストリップ幅に応じて調整することを特徴とするストリップのワイピング方法。
  14. 圧延機と、該圧延機の出側でストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置とを備えた圧延設備において、
    前記ストリップワイパ装置は、ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを設け、該流体軸受の流体流路をロール円周方向で少なくとも２つ設けることを特徴とする圧延設備。
  15. 請求項１４に記載の圧延設備において、前記圧延機を、ロール間に潤滑剤を供給する潤滑剤供給装置を備えた６段圧延機又は２０段センジミア圧延機を含む潤滑剤供給装置を備えた多段クラスタ圧延機とすることを特徴とする圧延設備。
  16. 圧延機と、該圧延機の出側でストリップ表面の液体を除去するためのストリップワイパ装置とを備えた圧延設備の圧延方法において、
    胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を流体で軸受けし、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の液体を除去しながら圧延することを特徴とする圧延方法。
  17. 圧延機と、該圧延機の出側でストリップ表面の液体を除去するストリップワイパ装置とを備えた圧延設備の圧延方法において、
    粗切り用ワイパロールによってストリップ表面の液体の大部分を除去し、その後流側で、胴長部を流体軸受で支持されたワイパロールをストリップの上下にそれぞれ配置し、ロール円周方向で少なくとも２つ設けられた流体軸受の流体流路に流体を供給して、ワイパロールの胴長部を２方向からの空気圧で支持し、前記ワイパロールを該ストリップに押し付けてストリップ表面の前記粗切り用ワイパロールで除去しきれなかった残りの液体を除去しながら圧延することを特徴とする圧延方法。
  18. ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該ワイパロールに対して噴出する該流体軸受の噴出口をロール円周方向で少なくとも２つ設けたストリップワイパ装置。
  19. ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該ワイパロールに対して噴出する該流体軸受の流体噴出口を、該ワイパロール軸心より入側及び出側に夫々少なくとも１つ設けたストリップワイパ装置。
  20. ストリップ表面の液体を除去するワイパロールと、該ワイパロールの胴長部を支持する流体軸受とを備え、該ワイパロールに対して噴出する該流体軸受の噴出口をロール円周方向で少なくとも２つ設け、その噴出方向が該ワイパロール軸心に向かう方向になるように前記噴出口を配置したストリップワイパ装置。
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